CN110935999A - 电源冷却装置、方法和配置 - Google Patents

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Abstract

一种适用于冷却布置在焊接系统或切割系统的电源中的电气部件的冷却部件，包括热传递表面、入口、出口和闭合流动区域。热传递表面传递热量离开电气部件。入口接收来自气体源的工艺气体，并且出口将工艺气体向下游朝向焊炬组件引导。闭合流动区域在入口和出口之间延伸并且与热传递表面热连通，以使得当工艺气体通过闭合流动区域从入口向出口行进时，工艺气体增强对电气部件的冷却。本公开还涉及一种用于焊接系统或切割系统的电源以及一种对用于焊接系统或切割系统的电源中的部件进行冷却的方法。

Description

电源冷却装置、方法和配置
技术领域
本公开涉及用于焊接和/或切割系统的电源，并且特别地涉及用于冷却布置在用于焊接和/或切割系统的电源内的一个或多个部件的装置、方法和/或配置。
背景技术
诸如等离子切割系统的焊接和切割系统通常包括多个互连的部件。例如，等离子切割系统可以包括互连气体源、焊炬组件和夹具的电源。相应地，在焊接或切割操作期间，可以(例如响应于触发信号、在控制面板处的输入等)操纵/控制电源中的电气部件(例如电阻器、电容器、集成电路、计算部件(譬如微处理器)等)以控制对焊炬组件的气体供应和电力供应。然而，这些电气部件必须适当地冷却以便高效地操作，就术语“冷却”或其变型、以及术语“热”、“热传递”及其变型而言，它们在本文中用于表明功率的传输。例如，短语“电气部件必须适当地冷却”可以表明必须经由介质(例如空气、水等)传递功率离开电气部件，以便将电气部件保持在合适的操作温度。
通常，这些电气部件由利用风扇被迫使经过电源的环境空气的亚音速流进行冷却。例如，风扇可以推送环境空气与散热器相接触，所述散热器与布置在电源中的电气部件热连通以传递热量离开电气部件。遗憾的是，通常，使用受迫亚音速流(例如，风扇推送的环境空气)的冷却技术具有在约25-250瓦每平方米每开氏度温差(W/m2K)范围内的有限对流系数。而且，用环境空气冷却电气部件可能会将污染物引入电源，并且因此电气部件可能需要与环境空气流隔离。然而，这样的隔离可能会增加电源的重量，这至少对于旨在便携的电源而言并不理想。实际上，迫使环境空气进入电源的风扇也可能会增加电源的重量和/或制造成本，并且遗憾的是，在不导致引入电源中的冷却气流量的不理想的减少的情况下，经常难以降低电源的风扇的重量和/或成本。
在一些情况下，利用受迫液体冷却或相变装置来替换或增强受迫环境气流以增加在电源内提供的冷却量。液体冷却装置通常具有在约100-20000W/m2K范围内的对流系数，并且相变装置通常具有在约2500-100000W/m2K范围内的对流系数。遗憾的是，与受迫亚音速流相比，这些技术还需要将额外的部件包括在电源中并且实现起来更加昂贵和复杂。因此，期望电源冷却配置和/或装置、以及冷却电源的方法能够改善在电源中所包括的电气部件的冷却，同时还能够最小化或或消除制造电源的重量和成本。
发明内容
本公开涉及用于冷却电源的装置和配置、以及冷却电源的方法。
根据一个实施例，本公开涉及一种适用于冷却布置在焊接系统或切割系统的电源中的电气部件的冷却部件。所述冷却部件包括热传递表面、入口、出口和闭合流动区域。所述热传递表面传递热量离开所述电气部件。所述入口接收来自气体源的工艺气体，并且所述出口将工艺气体向下游朝向焊炬组件引导。所述闭合流动区域在所述入口和所述出口之间延伸并且与所述热传递表面热连通，以使得当工艺气体通过所述闭合流动区域从所述入口向所述出口行进时，工艺气体增强对所述电气部件的冷却。有利地，该冷却部件可以将电气部件冷却到合适的温度，而不再需要冷却专用部件(例如，专用于冷却并且不涉及电源的操作责任(例如传输电力或工艺气体)的部件)。因此，包括冷却部件的电源可以比具有冷却专用部件(例如风扇或液体流动路径)的电源更轻和/或更便宜。替代地，冷却部件可以增强由冷却专用部件提供的冷却而基本上不增加电源的重量和/或成本。
在这些实施例的一些实施例中，工艺气体是等离子气体，所述焊炬组件是等离子弧焊炬组件，并且当等离子气体到达所述等离子弧焊炬组件时，等离子气体被电离以产生等离子流。附加地或替代地，工艺气体可以是流动通过所述闭合流动区域的唯一介质(例如气体、液体等)。而且，在这些实施例的一些实施例中，所述冷却部件还包括布置在所述闭合流动区域中的一个或多个翅片，以使得工艺气体在从所述入口向所述出口流动时行进经过所述一个或多个翅片以增强对所述电气部件的冷却。
在一些实施例中，所述冷却部件包括散热器，所述散热器包括基部和从所述基部伸出的散热片。在这些散热器实施例的一些实施例中，所述闭合流动区域形成在所述散热器的基部中。例如，所述闭合流动区域可以在制造所述散热器时形成或者在制造所述散热器之后形成(例如，散热器实际上可以改装为包括闭合流动区域)。作为更具体的示例，在一些情况下，所述闭合流动区域形成在由所述基部限定的腔中，并且所述冷却部件还包括密封所述腔以限定所述闭合流动区域的盖。替代地，在这些散热器实施例的一些实施例中，所述闭合流动区域由盖形成，所述盖与所述基部的外表面限定内部容积。例如，所述盖和所述基部可以包封所述内部容积内的所述散热片中的至少一个。如果所述闭合流动区域形成在所述基部中，则所述入口和所述出口也可以形成在所述散热器的基部中。同时，如果所述闭合流动区域由盖形成，则所述入口和所述出口可以形成在所述盖中。因此，所述闭合流动区域可以被包括在不同形状和尺寸的各种散热器上。值得注意的是，如果散热片被包封在闭合流动区域内，则这些散热片可以用于以与上述一个或多个翅片相同的方式增强冷却。
根据另一个实施例，本公开涉及一种用于焊接系统或切割系统的电源，其包括外部壳体、布置在所述外部壳体内的电气部件、以及冷却部件，所述冷却部件在所述外部壳体内定位在接收由所述电气部件中的至少一个生成的热量的位置。所述冷却部件包括：用于接收来自气体源的工艺气体的入口、将工艺气体向下游朝向焊炬组件引导的出口、以及闭合流动区域。所述闭合流动区域将工艺气体从所述入口向所述出口引导，以使得当工艺气体通过所述闭合流动区域从所述入口向所述出口行进时，工艺气体增强对至少一个电气部件的冷却。
在这些实施例的一些实施例中，所述外部壳体包括壳体出口，所述壳体出口配置成从所述冷却部件的出口接收工艺气体并将工艺气体输送到所述焊炬组件。附加地或替代地，所述气体源可以在所述电源的外部，并且所述外部壳体可以包括壳体入口，所述壳体入口配置成从所述气体源接收工艺气体并且将工艺气体输送到冷却部件的入口。
根据另一个实施例，本公开涉及一种对用于焊接系统或切割系统的电源中的部件进行冷却的方法。所述方法包括：形成与电源中的被加热部件热连接的气体流动通道的步骤，以及在工艺气体朝向焊炬组件流动时引导工艺气体通过所述气体流动通道的引导步骤。在至少一些实施例中，所述引导步骤在所述焊接系统或切割系统的焊接操作或切割操作期间进行。这消除了与检测到温度升高相关联的风险并且还节省了能量，原因在于电气部件在各冷却循环之间不会经历相对极端的温度升高。相反地，在电气部件生成热量时(例如在电源的操作期间)提供冷却。
附图说明
图1是包括气体源和焊炬组件的切割系统的透视图，所述气体源和焊炬组件经由线缆软管连接到电源，所述电源包括根据本公开的实施例形成的冷却配置。
图2是图1的电源的侧透视图，其中电源的外盖已被移除。
图3是其外盖已被移除的图1的电源的侧视图。
图4是在图1的电源的冷却配置中所包括的散热器的透视图。
图5A是图4所示的散热器的分解图。
图5B是图5A所示的散热器的一部分的细节图。
图6是根据本公开的另一个实施例的可以被包括在冷却配置中的散热器的透视图。
图7是图6所示的散热器的第一实施例的分解图。
图8是图6所示的第二散热器的第二实施例的分解图。
图9是示出电源中所包括的电子装置在用环境空气进行冷却时以及在用环境空气和本公开的冷却配置进行冷却时的温度的图。
图10是示出电源中所包括的电子装置在仅用本公开的冷却配置进行冷却时的温度的图。
图11是示出了根据本文提出的技术用于冷却电源的方法的高阶流程图。
在所有的附图中，相同的附图标记表示相同的部件。
具体实施方式
本文提出了用于冷却电源的部件的装置、配置和方法。该装置、配置和方法将工艺气体(即，操作气体)(例如等离子气体)引导经过和/或通过电源中的热传递表面/对象以冷却在电源中所包括的电气部件(例如，电阻器、电容器、集成电路、计算部件(例如微处理器)等)。也就是说，通常用于将工艺气体输送到焊炬组件的电源部件被改动/替换，以使得当工艺气体从电源的气体入口端口移动到电源的气体出口端口时，工艺气体行进经过和/或通过电源中的热传递表面。因此，该装置和配置提供冷却且无需给电源增加冷却专用部件。而且，由工艺气体提供的冷却提供了有效的冷却，并且因此可以替换或增强由环境气流、液体和/或相变配置提供的冷却。实际上，在至少一些实施例中，冷却专用部件(例如风扇)可以从电源移除和/或用更小和/或更便宜的部件替换。例如，装有本文提出的冷却装置/配置的电源可以不需要风扇来迫使环境空气流动通过电源。因此，本文提出的冷却装置/配置可以减小电源的成本、重量和/或电力消耗，同时仍然能为在电源中所包括的任何电气部件提供足够的冷却。
由于本文提出的装置和配置利用工艺气体进行冷却，因此电源可以不需要包括完全专用于冷却电源的部件(例如，液体流动路径、热管、粘合剂、风扇等)。也就是说，电源不需要将冷却专用部件添加到电源，并且可以利用几乎所有电源中都存在的部件(例如，散热器和用于工艺气体的管)来产生有效的冷却。而且，包括本文提出的冷却配置的电源不需要传送第二介质(例如，气体、液体等)通过电源来提供冷却。
相比之下，液体冷却和相变冷却只能通过让电源添加(例如，安装/包括)冷却专用部件来实现，也就是说，冷却专用部件专用于冷却而不直接参与电源的操作责任(例如，将气体和电力传送到焊炬组件)。例如，液体冷却要求电源包括或限定专用于传送液体(例如水)流动通过电源的闭合流动路径。同时，利用相变冷却的电源可能需要利用特定的间隙填充剂或粘合剂(例如，增加热粘合接头的热阻并且减慢从散热器/热传递表面到热管的热传导的粘合剂)将具有在低温下蒸发(以从散热器/电气部件带走能量)的内部流体的一个或多个热管粘合到散热器或热传递表面。
图1示出了包括电源200的切割系统150的示例性实施例，所述电源200具有根据本公开的实施例形成的工艺气体冷却配置201(参见图2和图3)。在高阶层面，电源200向焊炬组件170供电，同时还控制从气体源180到焊炬组件170的气体流动(然而，在其他实施例中，电源200可以自身供应气体)。气体源180经由线缆软管182连接到电源200，并且电源200经由线缆软管172连接到焊炬组件170。切割系统150还包括具有接地夹具190的工作引线192。如图所示，线缆软管172、线缆软管182和/或线缆软管192可以各自为任意长度。为了连接上述部件，线缆软管172、线缆软管182和/或线缆软管192的相对端部均可以现在已知或以后开发的任何方式(例如，可释放的连接)联接到电源200、焊炬组件170、气体源180或夹具190。
仍然参照图1，但现在结合图2和图3一起参照，通常，在所示的实施例中，当压缩的工艺气体从气体源180通过电源200流动到焊炬组件170时，工艺气体冷却配置201利用来自气体源180的压缩工艺气体来冷却电源200中的各种电气部件。更具体地，首先，压缩的工艺气体经由线缆软管182从气体源180流动到电源200。然后，压缩的气体流动通过闭合流动路径280，所述闭合流动路径从包括在电源200的后壁210上的气体入口端口214延伸到包括在电源200的前壁220上的出口端口222，同时穿过/经过包括在电源200中的散热器250(流速可以在入口214处由流量控制器270(例如电磁阀组件)控制)。当压缩的工艺气体到达包括在前壁220上的端口222时，压缩的工艺气体经由线缆软管172被引导到焊炬组件170。值得注意的是，为了本说明书的目的考虑，端口222主要针对单一气体的气体传送而进行描述；然而，应当理解，端口222还可以允许电源200经由线缆软管172将另外的气体和/或电力传送到焊炬组件170。相比之下，前壁220还包括用于线缆软管192(其将工作夹具190连接到电源200)的端口224，通常端口224仅提供电气连接并且与气流无关。
在所示的实施例中，压缩的工艺气体是等离子气体，并且因此，一旦压缩的工艺气体到达焊炬组件170，压缩的工艺气体即被引导通过焊炬组件170中的电弧以生成等离子流。然而，在其他实施例中，本文提出的冷却配置201还可以用于焊接系统、自动切割系统和/或其中的电气部件需要冷却并且操作气体从电源流动到焊炬的任何其他系统。也就是说，本文提出的冷却装置和配置可以有效用于适合各种类型的焊接或切割的电源。在这些其他的实施例中，工艺气体可以是在焊接或切割操作期间使用的任何气体，并且不一定是压缩气体。例如，在一些实施例中，工艺气体可以是保护气体。话虽如此，使用压缩工艺气体还是将受益于压缩气体的膨胀和冷却带来的节流效果。这将在较冷的压缩气体和较高温度的被加热表面之间产生较大的温差，该较大的温差将驱动较强的对流冷却。然而，无论使用何种类型的工艺气体，工艺气体都是行进通过冷却配置201的唯一介质；没有水、其他液体或其他气体通过该冷却配置。
仍然参照图1-3，在所示的实施例中，电源200包括风扇244(参见图2和图3)，并且工艺气体冷却配置201增强了由风扇244产生的受迫亚音速气流所提供的冷却。为了便于为风扇244提供气流，限定电源200的外壳体的至少一部分的盖202包括通气孔204(顶部通气孔204可以用作入口，并且底部通气孔204可以用作出口)。然而，在其他实施例中，工艺气体冷却配置201可以代替受迫亚音速气流系统，并且在这些实施例中，电源200可以不在其外壳体中包括通气孔204。
在图2和图3中，示出了电源200，其中盖202已被移除。可以看出，在所示的实施例中，盖202限定了电源200的侧部和顶部，使得盖202、后部210和前部220可以与底部228配合以形成限定内腔230的外壳体。内腔230(至少)容纳各种电气部件和工艺气体冷却配置201。更具体地，在所示的实施例中，内腔230容纳从底部236垂直向上延伸(例如，平行于由盖204限定的电源200的侧部)的印刷电路板(PCB)242，并且各种电气部件260直接或间接地安装到PCB242。也就是说，电源200可以包括直接安装到PCB 242的电气部件262(例如电容器)和/或(例如利用热接口)安装到散热器250的电气部件264，并且尽管有这些不同的安装方式，但是电气部件262和264都能够可操作地联接到PCB 242，并且可以操作用以基于由电源200接收的命令/信号(例如，在被包括在电源200上的控制面板226处接收的命令)来控制对焊炬组件(例如焊炬组件170)的电力和/或气体的供应。
在所示的实施例中，由工艺气体冷却配置201限定的闭合流动路径280延伸通过串联地包括在电源200中的每个散热器250。更具体地，在所示的实施例中，电源200包括四个散热器250：第一散热器250A；第二散热器250B；第三散热器250C；和第四散热器250D。每个散热器250布置成使得翅片(例如，挤压成形表面/机加工表面)设置在由风扇224生成的亚音速气流的流动路径中或该流动路径附近。也就是说，散热器250A和250B的翅片朝向前部220(并且朝向电气部件262)延伸，而散热器250C和250D的翅片朝向后部210(并且朝向电气部件262)延伸。同时，电气部件264安装在散热器250的基部上(例如，翅片从散热片250的侧部伸出，以使得电气部件264设置在散热器250的后部上)。散热器250的基部可以用作由电气部件264生成的热量的热传递表面。正如下面进一步详细解释的那样，每个散热器250包括或限定闭合流动区域(例如，闭合路径)，所述闭合流动区域允许压缩的工艺气体流动通过或经过每个散热器250。这些闭合流动区域(例如，路径)通过管段连接，并且与管配合以限定闭合流动路径280。
更具体地，在所示的实施例中，闭合流动路径280包括在散热器250、气体入口214和气体出口222之间延伸的五个管段。第一管段250A从气体入口214延伸到第一散热器250A并且允许从气体源180接收的气体流入第一散热器250A中的通道(该通道在下面进一步详细描述)。当气体离开第一散热器205A时，它流动通过第二管段280B并进入第二散热器250B。然后气体依次流动通过第三管段280C、第三散热器250C、第四管段280D和第四散热器250D。在离开第四散热器250D时，气体流动通过第五和最终段280D(也称为出口段280D)到达气体出口222，在此气体可以经由线缆软管172而朝向焊炬组件170引导。由于气体顺序地(例如，一个接一个地)流动通过散热器，因此散热器250可以被称为串联布置。然而，在其他实施例中，散热器250可以布置为并联(例如，管段可以分路并同时将气体输送到两个或更多个散热器)、串联或其某种组合。
现在转向图4-8，这些图大体上示出了适用于本文所述的冷却配置的散热器。也就是说，图4-8所示的散热器限定了允许工艺气体流动经过和/或通过散热器的闭合流动区域。如下面进一步详细描述，在图4、5A和5B所示的实施例中，闭合流动区域形成在散热器内，而在图6-8所示的实施例中，闭合流动区域形成在散热器的一部分上/上方。然而，根据本公开，散热器并不是可以引导工艺气体通过/经过以增强对电源中的电气部件的冷却的唯一部件。例如，热板或者能够传递热量离开电气部件的任何其他部件(例如，具有用于传递热量离开电气部件的热传递表面的任何部件)可以包括本文所述的允许工艺气体流动经过和/或通过的闭合流动区域。话虽如此，下文中仍然相应地描述了图4-8中示出的每个实施例。
首先，图4、5A和5B示出了适用于图2和3所示的冷却配置的散热器250的第一实施例。散热器250包括基部310、从基部伸出的一组翅片340、以及形成在基部310中的流动区域320(也称为气体流动通道320)。更具体地，基部310从前部312延伸到后部314并且在第一侧316和第二侧318之间延伸。基部310还包括以高度“H”分离的底部317和顶部319。可以是挤压成形表面或机加工表面的翅片340从基部310的底部317延伸并且均平行于基部310的侧部316、318。同时，流动区域320形成在基部310内(例如，形成在下列各者之间的空间中并且包括下列各者：(1)前部312和后部314；(2)顶部319和底部317；以及(3)第一侧316和第二侧318)。
在所示的实施例中，流动区域320从基部310的顶部319朝向基部310的底部317延伸，但是不延伸通过底部317。另外，在图5B中可以看到，基部310限定内部流动区域320的底部326。也就是说，在所示的实施例中，内部流动区域320从基部310的顶部319延伸并且具有的深度“D2”小于基部310的高度“H”。基部310还限定了内部流动区域320的侧壁328，但在所示的实施例中，并未限定流动区域320的顶部。另外，盖350在流动区域320上方固定到基部310的顶部319，以便包封流动区域320。例如，在一些实施例中，流动区域可以通过去除(例如，通过铣削或其他这样的机加工技术)基部310的一些部分以形成流动区域320而形成，并且随后，盖350可以用紧固件(例如螺钉)或紧固剂(例如环氧树脂、胶水等)固定在流动区域320上方。
然而，在其他实施例中，流动区域320能够以任何期望的方式形成在基部310内。例如，在一些实施例中，散热器250可以用增材制造技术形成，并且因此，在形成基部310时流动区域320即可形成在基部310内。在这些实施例中，基部310还可以覆盖流动区域320，以使得不再需要盖350。此外，在一些实施例中，通过去除材料或以任何其他方式，流动区域320可以在基部310内形成为邻近散热器250的任何侧部或部分(例如，侧部316、侧部318、底部317、前部312、后部314、角部或在它们之间延伸的边缘等中的一些部分)。此外，在包括相对较大的翅片340的实施例中，通过去除材料或者以任何其他方式，流动区域320也可以形成在翅片中的一个内。
无论流动区域320以怎样的方式形成在散热器250内，流动区域320都是闭合的或密封的，只有邻近流动区域320的前部330或后部332中的一个布置的入口321以及邻近流动区域320的前部330或后部332中的另一个布置的出口323除外。例如，在所示的实施例中，入口321延伸通过邻近前部330的基部310的侧部316以提供进入流动区域320的管路，并且出口323延伸通过邻近后部332的基部310的侧部316以提供离开流动区域320的管路。接头322和324可以分别安装在入口321和出口323中以将管段280固定地连接到入口321和出口323，使得流动通过电源200中的闭合流动路径280的工艺气体可以流入和流出散热器250而没有任何泄漏。
在一些实施例中，流动区域320还可以包括冷却增强特征结构，例如挤压成形翅片334(本文称为流动区域翅片334，仅仅是为了相对于跟翅片334类似的散热器250的翅片340提供清楚的区分)；然而，在其他实施例中，流动区域320不需要包括任何冷却增强特征结构，并且可以简单地是任何形状或尺寸的无阻碍管路。也就是说，流动区域可以简单地是具有方形、圆形、不规则形等横截面形状的通道或管路。在所示的实施例中，流动区域320包括矩形流动区域翅片334，其限定流动区域320内的冷却通道336。为了增强冷却通道336之间的侧向流动，流动区域翅片334可以具有高度“D1”，其小于流动区域320的高度D2，以使得跨越流动区域320的宽度的空间338设置在流动区域320的顶部，这里的宽度是指跨越流动区域320的两个侧壁328的尺寸(请注意，在图5B的细节图中仅示出了一个侧壁328)。附加地或替代地，流动区域翅片334可以包括一个或多个交叉流动开口337和/或流动区域翅片334可以不跨越流动区域320的整个长度，这里的长度是指从流动区域332的前部330跨越到后部332的尺寸。例如，翅片334可以包括邻近前部330、后部332和/或位于其间的任何区域的间隙或裂缝。
仍然参照图4、5A和5B，在所示的实施例中，电气部件264安装在基部310的顶部319的顶上，但与流动区域320(和盖350)不对准。因此，顶部319用作散热器250的热传递表面并且从电气部件264带走热量。然而，在其他实施例中，电气部件264可以安装到散热器的任何表面并且该表面可以用作散热器部件的热传递表面。例如，在一些实施例中，电气部件264可以在盖350顶上安装到散热器250，以使得电气部件264直接安装在流动区域320的上方。在一些情况下(例如，取决于盖350和散热器250的其余部分之间的热传导量)，将电气部件264在盖350顶上对准可以增加提供给电气部件264的冷却量。事实上，如果流动区域320形成在基部310内而没有在顶部319中产生开口(例如，如果流动区域由增材制造形成)，可能特别理想的是将电气部件264安装在流动区域320顶上，原因至少是与盖350相比，顶部319的一部分可能具有与散热器250的其余部分之间的增加的热传导。另一方面，如果在电气部件264安装到散热器250之后在散热器250中形成流动区域320(例如，如果冷却配置被改装到具有现有冷却配置的电源上)，则流动区域320可以偏离电气部件264以避免移除和重新安装电气部件264。无论电气部件264在何处安装到散热器250，电气部件264都可以利用热接口安装到散热器250(例如安装到顶部319)以确保从电气部件264到散热器250的有效散热。
现在转向图6和7，这些图示出了适用于冷却配置的散热器250'的第二实施例，所述冷却配置可以利用图2和图3所示的冷却配置来实现或者代替图2和图3所示的冷却配置。实际上，在图6和7中，散热器250'示出为安装在来自图2和3的PCB 242的后侧上，这里所说的PCB 242的后侧是PCB的与安装电气部件262的一侧相对的一侧。因此，在一些实施例中，可以使用散热器250'代替散热器250，并且流动路径280可以仅沿着PCB 242的后侧延伸(并且通过散热器250')，但是在其他实施例中，除了散热器250之外，还可以在电源200中安装散热器205'。在后一种情况下，流动路径280分路，以使得一些工艺气体被引导通过散热器250并且工艺气体的其余部分(例如大约一半)被引导通过散热器250'。也就是说，散热器250'可以与散热器250并联地安装。
无论如何实施散热器250'，散热器250'都类似于图4、5A和5B所示的散热器250，这里所说的散热器250'包括基部310、从基部310伸出的一组翅片340、以及流动区域320。然而，与散热器250相比，散热器250'的流动区域320形成在翅片340的一部分上，而不是形成在基部310内。更具体地，翅片340包括第一组翅片342和第二组翅片344。第一组342中的翅片具有高度“H1”并且第二组344中的翅片的高度“H2”小于H1。也就是说，第一组翅片342比第二组翅片344从散热器250'的基部310延伸得更远。因此，在第二组翅片344的上方和周围提供开放空间，并且该空间可以用于形成气流区域320以及安装任何相关部件(例如，接头、气流控制器等)。在所示的实施例中，该空间为盖360提供空间以将其固定在第二组翅片344的至少一部分上(以现在已知或以后开发的任何方式)并且在第二组翅片344上方、周围和/或之间形成气流区域320。
盖360包括在前部366和后部368之间延伸的侧部364和顶部362。侧部364、前部366和后部368从顶部362垂直地向下延伸，并且在所示的实施例中，将第二组翅片344中的所有翅片包封在盖360和基部310之间。然而，在其他实施例中，第二组翅片344的任何部分都可以被包封在盖360和基部310之间。更具体地，在图6和7中，盖360的前部366限定流动区域320的前部330，盖360的后部368限定流动区域320的后部332，并且盖360的侧部364限定流动区域320的侧壁328。也就是说，盖360和基部310形成大致类似于图5A和5B所示的流动区域320的闭合流动区域320，并且因此，上文所包括的图4、5A和5B的流动区域320的任何描述应当被理解为适用于图6和7所示的流动区域320。例如，尽管在图6和7所示的实施例中第二组翅片344用作流动区域翅片334(即，增强流动区域320中的冷却的翅片)，但是翅片344可以大致类似于在图4、5A和5B的流动区域320中形成的流动区域翅片334。
图4、5A和5B所示的流动区域以及图6和7所示的流动区域320之间的一个区别在于入口321和出口323布置在流动区域320的顶上，而不是穿过流动区域320的侧部328。因此，流动区域320可以不需要增强流动区域320内的侧向流动的特征结构，例如孔337或交叉流动区域338。然而，在需要的情况下，图6和7所示的翅片334和/或盖360可以限定增强侧向流动的特征结构，例如孔337或交叉流动区域338(即便图6和7并未示出这些特征结构)。图4、5A和5B的实施例以及图6和7的实施例之间的另一个区别在于，图6和7所示的散热器250'包括邻近其其入口321安装的流量控制器270'(例如，电磁阀组件)。正如下面进一步详细描述的那样，流量控制器270'可以配置成控制流动通过流动区域320的气体量(而不是控制流动通过整个闭合流动路径280的气体量)。
现在转向图8，该图示出了散热器250”的第三实施例，其大致类似于散热器250'，区别在于散热器250”不包括两组翅片。相反地，基部310延伸超过其翅片340，或者从另一个角度看，散热器250”包括仅跨越基部310的一部分的翅片340。无论哪种方式，(当从底部观察时)都暴露出基部310的底部326的一部分并且提供了可以安装盖360的区域以形成跨越散热器250延伸的流动区域320。因此，在图8所示的实施例中，流动区域320不包括任何内部流动区域翅片334。在其他方面，图8所示的实施例可以与图6-7所示的实施例大致类似并且图6-7的实施例的任何描述应当被理解为适用于图8所示的实施例。然而，应当注意，图8所示的实施例仅仅是所形成的流动区域320不具有任何冷却增强特征结构(例如，翅片)的一个示例，并且在各种实施例中，类似的无阻碍流动区域可以形成在冷却部件的任何(平坦、圆形或不规则的)表面上。
整体参照图1-8，在一些实施例中，散热器(例如散热器250')可以包括专用于该散热器的流量控制器以控制流入流动区域320的入口321的气体量。例如，在图6-8所示的实施例中，流量控制器270'邻近接头322安装到盖360并控制通过接头322流入入口321的气体量。作为图2和图3所示的流量控制器270(其控制在电源200的入口214处进入闭合流动路径280的气流)的附加或替代，可以包括该流量控制器270'。
例如，在包括安装在PCB 242的第一侧上的多个散热器250和安装在PCB 242的相对侧上的另一散热器250'的实施例中，流量控制器270可以控制(从气体源180)流入闭合流动路径280的气体流量，并且流量控制器270'可以确定该气流中的被分流到散热器250'(与散热器250相比)的气流部分或气流百分比。也就是说，闭合流动路径280的进入段280A可以具有分路或分叉，并且流量控制器270'可以控制沿分路的第一路径流动(并且流入/流到散热器250'上)的气体量，并且不沿第一路径流动的气体可以沿第二路径流动。沿着第二路径流动的气体可以流动通过散热器250。例如，在所示的实施例中，沿着第二路径流动的气体顺序地流动通过串联对准的散热器250。附加地或替代地，在一些实施例中，具有闭合流动区域320的任何部件可以包括专用流量控制器270'，从而可以控制通过该部件的工艺气体流量，例如，与其他电气部件相比，用以为一个特定的部件提供额外的或减少的冷却。
现在转向图9，该图是示出当用环境空气进行冷却以及当用环境空气和本公开的冷却配置进行冷却时在电源中所包括的三个电子装置的温度的图400。最初，在阶段410，由于在需要三个电气装置发热的焊接或切割操作期间的自然对流，三个电子装置中的每一个的温度上升(每个装置以不同的线示出)。然后，在约1000秒的自然对流之后(例如，此时电子装置的温度都处于或高于约60摄氏度(℃))，打开风扇以利用受迫亚音速环境空气流冷却这三个电子装置，从而开始亚音速气流冷却的阶段420。这三个电子装置的温度在阶段420期间在约1700-1900秒的时段内下降到更合适的操作范围(例如，约35-40℃)内。在阶段430，本文提出的冷却技术与受迫亚音速环境空气流一起使用并且这三个电子装置的温度在约700-900秒的时段内进一步下降(例如，下降到约30-35℃)。
图10是示出在对流期间仅用本公开的冷却配置进行冷却时在电源中所包括的两个电子装置的温度的图500。值得注意的是，在仅用本文提出的冷却技术的大约2000秒的对流和冷却的过程中(例如，工艺气体经过/通过这两个电子装置的热传递表面)，这两个电子装置的温度都保持在电气部件的合适的操作范围(例如，约35-40℃)内。更具体地，装置520的温度将稳定在约33-35℃的范围内，并且装置510的温度将稳定在约36-38℃的范围内。因此，当单独使用时，本文提出的冷却技术可以提供有效的冷却，其至少与图9的阶段420中使用的受迫亚音速环境空气流所提供的冷却一样有效。
此外，值得注意的是，在图9中，电气部件在没有冷却的情况下经历初始阶段，然后开始进行冷却阶段以实现温度的急剧变化(温度几乎降低50％)。该冷却方法可能会产生许多不合需要的问题。例如，为了启动冷却阶段，必须持续监测准确的温度读数。如果温度反馈过程的任何部分出现故障，则该故障可能会延迟或阻止冷却阶段的启动并导致电气部件的损坏或不合需要的磨损。此外，分阶段冷却允许温度在冷却开始之前变得相对较高，因此冷却可能需要更多时间和更多能量。相比之下，由于本文提出的技术利用了供应到焊炬组件以实现焊接/切割操作的焊接/切割资源来提供冷却，因此本文提出的技术将在焊接或切割过程开始时启动。因此，由本文提出的技术所提供的冷却不需要通过反馈回路启动(从而避免了通常与冷却相关联的一个缺陷)。另外，由本文提出的技术所提供的冷却将防止电气部件在初始对流阶段期间升至相对较高的温度，原因是不存在无冷却的对流阶段。简而言之，本文提出的技术在焊接或切割系统的焊接或切割操作期间就引导工艺气体通过闭合气体流动路径280。
图11是示出了根据本文提出的技术用于冷却电源的方法600的高阶流程图。最初，在610处，形成与电源中的被加热部件热连接的气体流动通道。例如，气体流动通道(即气体流动区域)可以形成在散热器的基部中、散热器的翅片上方、或散热器的表面上(例如在散热器的基部的顶部上)。在一些实施例中，例如在图4、5A和5B所示的实施例中，气体流动通道通过在与被加热部件(例如电气部件)热连接的部件(例如散热器)的一部分中形成(例如机加工)腔而形成。然而，在其他实施例中，例如在图6-8所示的实施例中，气体流动通道通过将盖固定到与被加热部件(例如电气部件)热连接的部件(例如散热器)的一部分而形成。盖可以包封或不包封该部件的热传递特征结构(例如，翅片)。
在420处，当工艺气体朝向焊炬组件流动时，工艺气体被引导通过流动通道。这可能会导致工艺气体从与被加热部件(例如电气部件)热连接的部件(例如散热器)带走热量，这相应地可以冷却被加热部件。此外，当工艺气体行进通过电源时，热传递可能会导致工艺气体的温度升高。例如，在一个实施例中，工艺气体能够以约23℃的温度进入电源并且以约48℃的温度离开电源。该温度变化可以为电源中的电气部件提供显著的冷却并且至少与典型的受迫亚音速气流一样有效地冷却电气部件(如图9和10所示)，并且因此本文提出的冷却配置可以提供冷却解决方案，其可以代替典型的受迫亚音速气流冷却解决方案以构建更轻和/或更便宜的电源。而且，该温度升高通常不会影响到工艺气体所涉及的切割或焊接操作。例如，可以将用作等离子气体的工艺气体加热到约2000℃或超过约2000℃的温度以生成等离子流，因此将输送到焊炬的工艺气体的温度从约23℃改变到约48℃对等离子体流的生成几乎没有影响。
总之，在一种形式中，本文提出了一种适用于冷却布置在焊接或切割系统的电源中的电气部件的冷却部件，所述冷却部件包括：热传递表面，其用于传递热量离开电气部件；入口，其用于接收来自气体源的工艺气体；出口，其将工艺气体向下游朝向焊炬组件引导；以及在所述入口和所述出口之间延伸的闭合流动区域，其中所述闭合流动区域与所述热传递表面热连通，以使得当工艺气体通过所述闭合流动区域从所述入口向所述出口行进时，工艺气体增强对电气部件的冷却。
在另一种形式中，本文提出了一种用于焊接系统或切割系统的电源，所述电源包括：外部壳体；布置在所述外部壳体内的电气部件；以及冷却部件，所述冷却部件在所述外部壳体内定位在接收由所述电气部件中的至少一个生成的热量的位置，所述冷却部件包括：用于接收来自气体源的工艺气体的入口；向下游朝向焊炬组件引导工艺气体的出口；以及闭合流动区域，所述闭合流动区域将工艺气体从所述入口向所述出口引导，以使得当工艺气体通过所述闭合流动区域从所述入口向所述出口行进时，工艺气体增强对至少一个电气部件的冷却。
在又一种形式中，本文提出了一种对用于焊接系统或切割系统的电源中的部件进行冷却的方法，所述方法包括：形成与电源中的被加热部件热连接的气体流动通道的步骤；以及在工艺气体朝向焊炬组件流动时引导工艺气体通过所述气体流动通道的引导步骤。
尽管上述技术在本文中被图示和描述为在一个或多个具体示例中实施，但是示例的具体细节并不旨在限制本文提出的技术的范围，原因是可以在本发明的范围和范畴内进行各种变型和结构改变。例如，包括根据本文提出的技术形成的冷却配置的电源可以包括从电源的气体入口延伸到气体出口的任何数量的闭合流动路径。作为另一示例，流动路径可以包括任何数量的分支，从而将任何数量的部件串联或并联地并入到流动路径中。另外，来自本文讨论的示例之一的各种特征可以结合到任何其他的示例中。因此，所附的权利要求应当以与本公开的范围一致的方式进行宽泛地解释。

Claims (20)

1.一种适用于冷却布置在焊接系统或切割系统的电源中的电气部件的冷却部件，所述冷却部件包括：
热传递表面，其用于传递热量离开所述电气部件；
入口，其用于接收来自气体源的工艺气体；
出口，其将工艺气体向下游朝向焊炬组件引导；以及
在所述入口和所述出口之间延伸的闭合流动区域，其中所述闭合流动区域与所述热传递表面热连通，以使得当工艺气体通过所述闭合流动区域从所述入口向所述出口行进时，工艺气体增强对所述电气部件的冷却。
2.根据权利要求1所述的冷却部件，其中工艺气体是等离子气体，所述焊炬组件是等离子弧焊炬组件，并且当等离子气体到达所述等离子弧焊炬组件时，等离子气体被电离以产生等离子流。
3.根据权利要求1所述的冷却部件，其中工艺气体是流动通过所述闭合流动区域的唯一介质。
4.根据权利要求1所述的冷却部件，其中所述冷却部件还包括：
布置在所述闭合流动区域中的一个或多个翅片，其中工艺气体在从所述入口向所述出口流动时行进经过所述一个或多个翅片以增强对所述电气部件的冷却。
5.根据权利要求1所述的冷却部件，其中所述冷却部件包括散热器，所述散热器包括：
基部；以及
从所述基部伸出的散热片。
6.根据权利要求5所述的冷却部件，其中所述闭合流动区域形成在所述散热器的基部中。
7.根据权利要求6所述的冷却部件，其中所述闭合流动区域形成在由所述基部限定的腔中，并且所述冷却部件还包括：
盖，所述盖密封所述腔以限定所述闭合流动区域。
8.根据权利要求6所述的冷却部件，其中所述入口和所述出口形成在所述散热器的基部中。
9.根据权利要求5所述的冷却部件，其中所述闭合流动区域由盖形成，所述盖与所述基部的外表面限定内部容积。
10.根据权利要求9所述的冷却部件，其中所述盖和所述基部包封所述内部容积内的所述散热片中的至少一个。
11.根据权利要求9所述的冷却部件，其中所述入口和所述出口形成在所述盖中。
12.一种用于焊接系统或切割系统的电源，所述电源包括：
外部壳体；
布置在所述外部壳体内的电气部件；以及
冷却部件，所述冷却部件在所述外部壳体内定位在接收由所述电气部件中的至少一个生成的热量的位置，所述冷却部件包括：
用于接收来自气体源的工艺气体的入口；
将工艺气体向下游朝向焊炬组件引导的出口；以及
闭合流动区域，所述闭合流动区域将工艺气体从所述入口向所述出口引导，以使得当工艺气体通过所述闭合流动区域从所述入口向所述出口行进时，工艺气体增强对至少一个电气部件的冷却。
13.根据权利要求12所述的电源，其中工艺气体是等离子气体，所述焊炬组件是等离子弧焊炬组件，并且当等离子气体到达所述等离子弧焊炬组件时，等离子气体被电离以产生等离子流。
14.根据权利要求12所述的电源，其中工艺气体是流动通过所述闭合流动区域的唯一介质。
15.根据权利要求12所述的电源，其中所述冷却部件包括散热器，所述散热器包括：
基部；以及
从所述基部伸出的散热片。
16.根据权利要求12所述的电源，其中所述外部壳体包括：
壳体出口，所述壳体出口配置成从所述冷却部件的出口接收工艺气体并将工艺气体输送到所述焊炬组件。
17.根据权利要求12所述的电源，其中所述气体源在所述电源的外部，并且所述外部壳体还包括：
壳体入口，所述壳体入口配置成从所述气体源接收工艺气体并将工艺气体输送到所述冷却部件的入口。
18.一种对用于焊接系统或切割系统的电源中的部件进行冷却的方法，所述方法包括：
形成与电源中的被加热部件热连接的气体流动通道的步骤；以及
在工艺气体朝向焊炬组件流动时，引导工艺气体通过所述气体流动通道的引导步骤。
19.根据权利要求18所述的方法，其中工艺气体是等离子气体，所述焊炬组件是等离子弧焊炬组件，并且当等离子气体到达所述等离子弧焊炬组件时，等离子气体被电离以产生等离子流。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述引导步骤在所述焊接系统或切割系统的焊接操作或切割操作期间进行。
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